Phân loại và lựa chọn đầu nối cáp điện cao áp

1) Đầu nối cáp phích cắm 110 ~ 220kV

Trong ứng dụng các thiết bị kết hợp GIS, máy biến áp hoặc GIS đôi khi được dẫn trực tiếp ra từ máy biến áp hoặc GIS bằng cáp cao áp thay vì sử dụng sứ cách điện truyền thống. Có nhiều loại đầu nối thiết bị cáp cao áp, việc lựa chọn GIS, máy biến áp và cáp phù hợp để lắp đặt, thử nghiệm cũng như vận hành và bảo trì trong tương lai là rất quan trọng.

1.1 Loại thiết bị đầu cuối

Bộ cấp nguồn cáp trên thiết bị cao áp được sử dụng để cố định cơ học bộ cấp nguồn cáp và kết nối chuyển tiếp điện với máy biến áp hoặc thân thiết bị kết hợp GIS. Ống bọc epoxy ở đầu cáp ngăn chặn hiệu quả dầu cách điện hoặc khí SF6 xâm nhập vào thân cáp. Để giải quyết vấn đề cách điện của đầu cáp trong khoang vỏ nhựa epoxy, giải pháp truyền thống là đổ đầy khoang vỏ bằng dầu hoặc khí SF6. Đầu thiết bị của loại cáp cao áp này được gọi là loại chứa dầu (hoặc bơm hơi), còn được gọi là loại ướt. Phương pháp nạp của nó ít được sử dụng, thường được đổ đầy bằng dầu.

Nhà ga của thiết bị ngâm dầu phải hoàn thành việc kết nối và lắp đặt điện và cơ khí với kho chứa cáp tại công trường. Trong quá trình thử nghiệm và lắp đặt tại hiện trường, nhân viên của nhà sản xuất thiết bị áp suất cao phải phối hợp để hoàn thành việc nạp và xả khí (dầu) và các công việc khác của kho chứa cáp, và quy trình làm việc khá rắc rối. Một số nhà ga ngâm dầu được trang bị mặt nạ phòng độc (có chức năng như gối dầu của máy biến áp); một số khác cũng cần sử dụng phương pháp hút chân không để thực hiện việc bơm dầu vào vỏ nhựa epoxy, rất bất tiện. Hình dưới đây cho thấy nhà ga cáp 110kV ngâm dầu được lắp ráp trên thiết bị tích hợp GIS.

Một loại đầu nối cáp cao áp khác, bằng cách tối ưu hóa thiết kế cấu trúc, đã hiện thực hóa việc sử dụng nhựa epoxy cho đầu nối cáp và bề mặt bên trong vỏ không có khe hở tiếp xúc, đảm bảo phân bố điện áp đồng đều lý tưởng. Loại đầu nối này không cần vỏ để chứa đầy dầu (khí) trong nhựa epoxy, giải quyết triệt để vấn đề khoang rỗng của ống cách điện. Loại đầu nối này được gọi là thiết bị đầu nối khô.
Đầu nối cáp cao áp khô không chứa dầu và được bao kín hoàn toàn, do đó vị trí của đầu nối cáp không bị hạn chế, và việc kết nối giữa cáp và thiết bị kết hợp GIS hoặc máy biến áp có thể được thực hiện linh hoạt theo nhiều hướng khác nhau tùy theo nhu cầu của công trình.
Hình sau đây cho thấy một đầu nối cáp khô được lắp ráp từ phần dưới của hộp dẫn cáp nằm ở bên cạnh máy biến áp.

Theo đặc điểm lắp ráp của các đầu nối cáp cao áp khô, chúng có thể được chia thành ba loại.
Loại thứ nhất là loại thông thường, tức là vỏ và cáp bằng nhựa epoxy, lắp đặt và thử nghiệm tích hợp hình nón chịu lực.
Quy trình lắp đặt tại hiện trường gần giống với quy trình lắp đặt tại trạm thu gom dầu khí ướt, ngoại trừ việc vỏ bọc không được đổ đầy dầu (khí).
Trong công tác thử nghiệm và lắp đặt tại hiện trường, vẫn cần nhân viên của nhà sản xuất thiết bị điện cao áp phối hợp với đội ngũ tại hiện trường để hoàn thành công tác nạp và xả (dầu) tại kho đầu vào cáp, và quy trình làm việc cũng như các thao tác phối hợp trong toàn bộ quá trình lắp đặt khá phức tạp.
Loại thứ hai là loại cắm, trong đó ống bọc nhựa epoxy của đầu nối cáp có thể được lắp đặt riêng biệt với cáp và nón chịu lực, nhưng không thể kiểm tra riêng lẻ.
Một thiết bị khóa lò xo được lắp đặt trên thanh dẫn điện được ép chặt vào lõi cáp. Khi đầu cáp được đưa vào ống bọc epoxy, thiết bị khóa lò xo sẽ ​​tự động bật ra và khóa đầu cáp vào ống bọc epoxy để đảm bảo nó không bị tuột ra.
Một khi đã cắm vào, đầu cáp loại này không thể rút ra được nữa.
Quy trình lắp đặt đầu nối cáp cắm về cơ bản giống với loại một. Ví dụ, đối với các thiết bị kết hợp GIS, ống bọc nhựa epoxy có thể được lắp đặt sẵn trên hộp đầu vào cáp của GIS tại nhà máy. Ống bọc nhựa epoxy có thể cách ly hoàn toàn khí SF6 trong hộp đầu vào cáp với bên ngoài, giảm khối lượng công việc phối hợp tại chỗ của nhà sản xuất.
Tuy nhiên, khi xảy ra sự cố trong quá trình kiểm tra cáp và cần được xử lý, vẫn cần phải nạp và xả khí trong cáp vào thùng chứa cáp.
Ngoài ra, khi sử dụng đầu nối cáp kiểu cắm trong máy biến áp, công tác lắp đặt và kiểm tra cũng tương tự như đầu nối cáp thông thường loại 1.
Hình dưới đây cho thấy một đầu nối cáp cắm vào thiết bị GIS.

Loại thứ ba là đầu nối cáp kiểu cắm và rút, vỏ, cáp, nón chịu lực có thể được lắp đặt riêng biệt và cũng có thể được kiểm tra riêng biệt;
Đầu cáp có thể được cắm vào hoặc rút ra.
Cấu trúc của nó là đơn giản nhất, việc lắp đặt cũng thuận tiện nhất.
Các đầu nối cáp có thể tháo lắp cũng được chia thành hai loại: loại tái sử dụng và loại không tái sử dụng.
Đầu nối cáp có thể lắp ráp lại bằng cách tháo các bộ phận của phích cắm đầu cáp được gọi là đầu nối cáp có thể tái sử dụng; ngược lại, đó là đầu nối cáp không thể tái sử dụng.
Việc lắp đặt đầu cuối cáp dạng cắm tại hiện trường có những đặc điểm sau:
(1) Vỏ nhựa epoxy có thể được lắp đặt và kết nối với GIS hoặc máy biến áp trước và có thể được thử nghiệm với GIS hoặc máy biến áp cùng lúc;
(2) chỉ cần hoàn thành việc lắp ráp phần đầu cáp tại chỗ;
(3) cáp có thể được kiểm tra riêng biệt với ống thử nghiệm, không cần sự hợp tác của nhà sản xuất thiết bị;
(4) Sau khi vượt qua bài kiểm tra, hãy đưa cáp vào vỏ nhựa epoxy và hoàn tất việc lắp đặt sau khi lắp đặt dây nối đất.
Hình sau đây thể hiện sơ đồ cấu tạo của một đầu nối cắm rút điển hình.

Đầu nối cáp dạng cắm và hộp GIS có thể được sử dụng để tạo thành đầu nối kiểu "T" cho cáp.
Hình 5 thể hiện khớp nối cáp hình chữ “T” được lắp đặt trong đường hầm, cho phép một đầu vào và hai đầu ra của cáp.
Nó có thể thực hiện linh hoạt các chức năng sau: (1) Khi cần thêm đường dây ra trong quá trình chuyển đổi trạm biến áp cũ, kết nối kiểu “T” có thể tránh làm tăng khoảng cách GIS;
(2) Ở đoạn giữa của đường dây cáp, việc sử dụng dây dẫn kiểu chữ “T” có thể dễ dàng cung cấp điện cho người dùng mới;
③ Khi có đường dây ổ cắm dài hạn nhưng chưa đáp ứng đủ điều kiện, không thể lắp đặt đường dây ổ cắm và sử dụng phương pháp đấu dây kiểu chữ “T”, dành chỗ cho ổ cắm và lắp đặt phích cắm cách điện đặc biệt, thì đường dây chính có thể được đưa vào hoạt động;
④ Khi hai đường dây cáp được đặt song song từ trạm biến áp trong một khoảng cách dài, việc lựa chọn một đầu ra cáp đơn và sử dụng kiểu đấu nối chữ “T” để cấp điện tại điểm phân nhánh sẽ tiết kiệm chi phí hơn.
Ngoài ra, khi một trong ba dây cáp vận hành được kết nối bằng khớp nối hình chữ “T” bị lỗi, dây cáp bị lỗi có thể được rút ra và hai dây cáp còn lại vẫn có thể hoạt động sau khi lắp đặt phích cắm cách điện đặc biệt.

1.2 So sánh hiệu năng và nguyên tắc lựa chọn đầu nối thiết bị cáp cao áp
Tất cả các loại đầu nối cáp cao áp đều trải qua các thử nghiệm nghiêm ngặt về hiệu suất điện, đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn quốc gia IEC60859. Về lắp đặt, thử nghiệm, vận hành, bảo trì và xử lý sự cố, các loại đầu nối cáp đều có những đặc điểm khác nhau.
Đầu nối cáp phải có cùng đặc tính điện, nhiệt độ làm việc và tuổi thọ như cáp được lựa chọn.
Cấu trúc đầu nối cáp cần đảm bảo phân bố điện trường tốt và ngăn ngừa hiện tượng co ngót lớp cách điện.
Về nguyên tắc, nó có những khía cạnh sau:
(1) Hiệu suất điện.
Yếu tố cần xem xét chính là liệu sự phân bố điện trường của các phụ kiện cáp có hợp lý hay không, liệu các biện pháp cải thiện sự phân bố điện trường có phù hợp hay không, độ bền điện của vật liệu, tổn hao điện môi và biên độ cách điện của sản phẩm, v.v.
Đồng thời, cần phải xem xét tính ổn định của các đặc tính điện, bao gồm cả các đặc tính hóa học và vật lý cũng như tính ổn định cấu trúc của vật liệu phụ kiện cáp.
Ví dụ, liệu hiệu suất của vật liệu kiểm soát ứng suất có ổn định hay không, liệu nón ứng suất có dễ bị biến dạng hay không, ảnh hưởng của việc co rút lớp cách điện cáp đến sự phân bố điện trường của phụ kiện cáp và các biện pháp phòng ngừa, khả năng tương thích của các vật liệu khác nhau, tính ổn định của các đặc tính giao diện, v.v.
Ngoài ra, cần xem xét cả hiệu suất nhiệt của các phụ kiện cáp, chẳng hạn như tổn hao điện môi, điện trở tiếp xúc của mối nối dây dẫn và độ ổn định của nó, sự giải phóng nhiệt, sự giãn nở và co lại do nhiệt ảnh hưởng đến các tính chất điện và cơ học của từng thành phần.
(2) Hiệu suất niêm phong.
Khả năng chống ẩm của lớp niêm phong ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất điện và tuổi thọ của các phụ kiện cáp.
Cấu trúc niêm phong đầu cuối đáng tin cậy và ổn định.

(3) Tính chất cơ học.
Đầu nối cần có khả năng chịu uốn và chịu va đập tốt.
(4) Hiệu suất quy trình.
Hiệu suất hoạt động là điều kiện quan trọng trong thiết kế và lựa chọn phụ kiện cáp. Quy trình lắp đặt cần đơn giản nhất có thể, thuận tiện cho việc thi công tại công trường và thời gian thi công cần ngắn.
Sản phẩm chất lượng cao không phụ thuộc vào yêu cầu môi trường tại công trường và trình độ kỹ thuật của người thi công;
Chất lượng lắp đặt dễ kiểm soát, chất lượng đáng tin cậy, v.v.
Việc lắp đặt các đầu nối cáp có thể được hoàn thành độc lập mà không cần sự phối hợp xả dầu và khí của nhà sản xuất máy biến áp hoặc GIS, và chất lượng lắp đặt có thể được đảm bảo dễ dàng.
(5) Phù hợp với yêu cầu của dự án.
Nhiều loại phụ kiện cáp có những đặc điểm riêng, việc lựa chọn phụ kiện cáp cần được quyết định dựa trên yêu cầu sử dụng thực tế.
(6) Hệ thống đảm bảo chất lượng của nhà sản xuất.
Khi các phụ kiện cáp đúc sẵn rời khỏi nhà máy, nhà sản xuất cung cấp các bộ phận và vật liệu như các bộ phận cao su đúc sẵn, nón chịu lực đúc sẵn, ống sứ, vỏ và chất tẩm, được lắp ráp thành các đầu nối hoặc khớp nối hoàn chỉnh trong quá trình lắp đặt tại công trường.
Chất lượng sản xuất và quy trình lắp đặt của từng linh kiện ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của phụ kiện cáp.
Chương trình đảm bảo chất lượng này cần bao gồm ít nhất các yếu tố sau: ① Việc kiểm tra tại nhà máy phải được thực hiện nghiêm ngặt đối với các bộ phận quan trọng (như nón ứng suất cao su, ống nhựa epoxy GIS, chất tẩm, v.v.).
Kiểm tra kỹ lưỡng xem thiết bị đo lường và thử nghiệm có đáng tin cậy không, phương pháp thử nghiệm có hiệu quả không, nhân viên thử nghiệm được đào tạo bài bản không và hồ sơ thử nghiệm có đầy đủ không;
(2) Liệu nhân viên lắp đặt và xây dựng do nhà sản xuất cử đi có được đào tạo bài bản và có đủ kinh nghiệm xây dựng hay không;
(3) Liệu sự phối hợp giữa các bộ phận khác nhau của nhà sản xuất có tốt hay không;
(4) Hồ sơ bán hàng và hoạt động trước đây.
Trong việc lựa chọn đầu nối cáp, cần xem xét đầy đủ việc kiểm tra và bảo trì sau khi lắp ráp cáp cũng như việc kiểm tra và bảo trì khi xảy ra sự cố cáp. Cần đảm bảo việc kiểm tra và bảo trì riêng biệt cáp, máy biến áp và hệ thống GIS được thực hiện dễ dàng mà không gây nhiễu lẫn nhau.
Dĩ nhiên, khả năng thay thế, khả năng tái sử dụng, không cần bảo trì, cấu trúc nhỏ gọn và giá thành sản phẩm của đầu nối cáp cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét khi lựa chọn.

Hai đầu nối cáp cắm 10 ~ 35kV
2.1 Loại thiết bị đầu cuối
Có nhiều loại đầu cắm cáp, thường được chia thành hai loại chính: loại của Mỹ và loại của châu Âu.
Chức năng chính của phích cắm cáp là kết nối cáp một pha hoặc ba pha với tủ điện, máy biến áp, tủ mạng vòng, hộp đấu nối cáp và các thiết bị điện khác.
Cấu tạo phích cắm trước và sau ít nhất một phích cắm, phích cắm trước và sau khớp với cấu trúc ống chữ T, ống chữ T có lỗ ngang vuông góc và lỗ dọc, phích cắm, phích cắm trước và sau được nối với nhau theo trình tự ngang, vỏ lỗ dọc của ống chữ T có đầu nối dây, đầu nối ép trên cùng được trang bị bộ phận ép.
Một thiết bị kết nối được bố trí trong lỗ xuyên ngang của phích cắm phía trước và phích cắm phía sau, thiết bị kết nối này được kết nối với cổng kẹp dây, và đầu kẹp dây được kết nối với cáp.
Các đầu nối và phích cắm trước và sau được sản xuất sẵn tại nhà máy, đường dây vào và ra linh hoạt, kích thước nhỏ gọn, cấu trúc nhỏ, quy trình lắp đặt đơn giản, độ an toàn cao, có thể sử dụng trong tủ điện, đường dây nhánh và các nơi khác, thích hợp cho lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời.

Đầu cắm cáp có nhiều tên gọi khác nhau, như khớp khuỷu, khớp chữ T, đầu nối cáp có thể tháo rời, v.v.
Nhìn chung, cấp điện áp nên tập trung vào 10kV và 35kV, và mô hình ứng dụng thường được chia thành kiểu châu Âu và kiểu Mỹ.
Sự khác biệt chính giữa cách bố trí thanh dẫn điện và đầu cáp của Mỹ và châu Âu nằm ở chỗ: kiểu Mỹ bố trí nằm ngang, kiểu châu Âu bố trí nằm dọc.
Hình ảnh bên dưới là hình ảnh của châu Âu.

Đầu cắm cáp kiểu châu Âu được kết nối bằng bu lông có lớp chắn;
Sản phẩm này thích hợp cho tủ điện vòng, hộp phân phối cáp, trạm biến áp kiểu hộp (cáp điện liên kết chéo) đầu vào và đầu ra, và kết nối ren ống cách điện xuyên suốt kép.
Lớp ngoài cùng có một lớp bán dẫn chắn, có thể chạm vào để đảm bảo an toàn cá nhân;
Cấu trúc hình nón ứng suất độc đáo giúp phân tán hiệu quả ứng suất điện trường và giải quyết vấn đề đứt lớp chắn cáp;
Vấn đề ứng suất điện trường;
Khả năng mở rộng, tháo lắp linh hoạt, có thể hoàn thành kết nối cáp kiểu chữ “T”;
Kín khí hoàn toàn, cách nhiệt hoàn toàn, bảo vệ toàn diện, không cần bảo trì, chống ngập lụt, chống ô nhiễm.